CN1213781A - 一种长周期光栅滤波器的夹具及其制造设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种生产长周期光栅滤波器的夹具和生产长周期光栅滤波器的设备和方法。这种生产长周期光栅滤波器的夹具包括一个由许多间隔预定的齿组成的上部和与上部齿间距离相等的齿组成的下部和许多与齿的方向垂直的装载光纤的凹槽,上部和下部是相互啮合的,装载的光纤上还通过沿着与齿平行的方向移动上部以摩擦装载的光纤造成许多凹槽。

Description

一种长周期光栅滤波器的夹具及其制造设备和方法
本发明涉及一种生产长周期光栅滤波器的夹具，还涉及一种生产长周期光栅滤波器的设备和方法。
一般地，长周期光栅滤波器是一种使进入到光纤芯的芯模式与包层模式相耦合的装置，是通过周期性地改变一种对紫外线敏感的光纤纤芯的折射率而生产的。也就是说，受紫外线照射的部分的折射率增高，而其它部分没有变化，这样就产生了折射率的周期性变化。必须满足下面公式1才能耦合纤芯模式与包层模式。
其中，βco,βn cl和^分别表示纤芯模式的传播常数、n级包层模式传播常数和一个光栅周期。
在公式1中，β被2πn/λ代替(n是折射率)，而且纤芯模式的折射率和包层模式的折射率的差为n-n=λ/^。因此，当特定的波长要与包层模式耦合时，需要确定周期^和折射率差nco-ncl。折射率差可以通过紫外线激光适当地照射对紫外线敏感的光纤而获得。
通过紫外激光照射生产长周期光栅滤波器的设备可描述如下。图1表示一个常规的长周期光栅滤波器生产设备。根据图1，长周期光栅滤波器生产设备包括准分子激光器光源100，可输出高功率紫外线激光；一个反射镜102，改变从准分子激光器光源发出的激光光线的路径；一个透镜104，来控制反射镜102反射的激光光束的焦点；一个硅掩膜106，以选择性传输通过透镜104的激光光束；和光纤108。通过照射通过硅掩膜106的激光在光纤108的纤芯形成长周期光栅。
利用上述结构生产长周期光栅滤波器的过程如下。激光通过透镜104传输并且照射到与硅掩膜106接触的光纤108上。这时，激光照射光纤108，这样形成具有不同折射率的长周期光栅。可能通过把光从光源110通过光纤108传输并且用探测器112探测从而得到具有理想性能的长周期光栅滤波器。
在上述长周期光栅滤波器生产设备中，硅掩膜106是通过将Cr沉积到硅基片上然后对沉积的基片制作图形而得到的。激光由于Cr的图形而被选择性地传输。但是，Cr图形有个低损伤阈值，大约为100mJ/cm2。相应地，不可能有效地利用高输出功率的准分子激光器。而且，因为Cr图形是在硅基底上形成的所以图形只有一个周期。还有，光纤纤芯在其中添加Ge之后必须氢化，以得到一种对紫外线敏感的光纤。氢化的光纤时间一长就不稳定，因此必须有个稳定的过程。
为解决上述问题，本发明的目的之一是要提供一种生产长周期光栅滤波器的夹具和生产长周期光栅滤波器的设备和方法，以改变光纤纤芯的物理性能并且改变光纤的有效折射率。
相应地，要达到上述目标，提供了一种夹具来生产长周期光栅滤波器，它由间隔距离已预先确定的许多齿组成的上部和间隔距离与上部齿间距离相等的齿组成的下部和与齿的方向垂直的装载光纤的许多凹槽组成，其特征在于上部和下部是相互啮合的，还通过沿着与齿平行的方向移动上部以磨擦装载的光纤在装载的光纤上而造成许多凹槽。
一种用包层部分有许多预定间隔的凹槽的光纤来生产长周期光栅滤波器的生产设备，包括一个与光纤一端相连的光源；一个测量部分，与光纤的另一端连接；以测量穿过光纤的不同波长的光的传输比率；一个加热部分以加热光纤的凹槽；一个控制器接收从测量部分传输来的光纤传输比率，以控制加热部分的加热过程以使光纤达到理想的传输比率；其中光纤的纤芯因为加热部分加热光纤的每个凹槽而变形，同时把加热部分依次移向凹槽。
一种长周期光栅滤波器生产方法通过改变光纤的折射率用以使进入到光纤芯的芯模式与包层模式耦合，包括步骤(1)在光纤的包层部分形成许多凹槽，(2)在形成许多凹槽的光纤部分除去外护层，还有(3)通过加热剥去外护层的光纤上的凹槽改变光纤纤芯的形状以使通过光纤的光能够以所需的波长与包层模式耦合。
上述本发明的目的和优势通过其最佳实施例的详细描述会更加明显，参照附图；
图1所示是一个生产长周期光栅滤波器的常规设备；
图2所示是依据本发明生产长周期光栅滤波器所用的夹具的结构；
图3所示是依据本发明生产长周期光栅滤波器的设备结构；
图4A是依据本发明描述生产长周期光栅滤波器的方法的一个流程图；
图4B是一个表明形成凹槽的光纤的截面图；
图4C是一个剥去外护层的光纤的截面图；还有
图4D所示是一个衰减峰的实例。
以下，参照附图详细描述一个本发明的实施例。图2表示本发明的一种生产长周期光栅滤波器的夹具的结构。图2所示的夹具包括一个预定距离的许多齿201的上部202和与具有与齿201间隔相同的齿203的下部和许多与齿203的方向垂直的、装载光纤206的凹槽205。
上部202和下部206的材料是一种铝合金或其它金属合金。这里，齿间距离^等于光纤光栅的周期。下部206包括三个以上的凹槽205(图2中只表示了一个凹槽205)其方向与齿203方向垂直。当光纤200被装载到凹槽205时，上部202和下部206的齿相互啮合沿着平行于齿203的方向移动来磨擦光纤200。在磨擦中使用了颗粒大小只有几微米的氧化铝粉和水。然后，通过磨擦在光纤内形成许多凹槽。这时，因为剥去了外护层的光纤是非常脆的，所以光纤的表面和外护层要一起磨擦。
图3所示是本发明的长周期光栅滤波器生产设备的结构。图3所示的设备包括一个光源300，一个与光源300相联的光纤302而且在包层段有预定间隔的凹槽，测量部分304用来测量通过光纤302的各种波长光的传输比率，加热部分308，最好是电弧，以加热光纤302的凹槽306，控制器310接收从测量部分304来的光纤302的传输比率，并且控制加热部分308加热过程以使光纤302能有一个理想的传输比率。这里，光纤302的外护层被剥去。标号312表示一个形成凹槽306的包层。标号314表示因加热而变形的纤芯。
用上述结构生产长周期光栅滤波器生产方法参照图4A到4D来说明。图4A是一个流程图说明长周期光栅滤波器的生产方法。首先，用图2中的夹具，在光纤上造成有预定间隔的许多凹槽(步骤400)。这里，光纤的槽之间的距离等于长周期光栅滤波器的光栅周期。图4B是一个有凹槽形成的光纤的截面图。标号410、412、414和416分别表示一个外护层、包层、纤芯、和凹槽。
凹槽形成以后，光纤的包层被剥去(步骤402)。这时，光纤的包层用CH2Cl2溶液剥去。图4C是一个剥去包层的光纤的截面图。标号410、412、414和416分别表示剩余外护层、包层、纤芯、和凹槽。
包层被剥去后，凹槽被加热，最好用电弧，测量光纤的传输比率以得到理想的传输性能(步骤404)。在加热剥去外包层的包层上的凹槽的过程中，纤芯因表面张力作用变形。表面张力作用是一种因原子移动表面积减小现象，因为原子趋向于低能量状态。通过电弧给每个包层的凹槽加热。凹槽被加热到出现衰减峰值为止，利用一个测量装置比如光谱分析仪来观察光谱衰减峰值。图4D所示是衰减峰的例子。这里，衰减峰意思是通过在长周期光栅耦合每个波长的纤芯模式与包层模式而使传输比率最小化。
依据本发明，长周期光栅滤波器可以不用准分子激光器和其它各种昂贵的设备，和不对紫外线敏感的光纤来生产。相应地，复杂的氢化处理也不必要。而且，因为得到的准分子激光器不是通过改变光纤折射率而得到的，所以温度稳定性也很好。

Claims (7)

1．一种生产长周期光栅滤波器的夹具，包括：
一个由许多预定间隔的齿组成的上部；还有
由距离和上部齿间距离相等的齿和许多与齿的方向垂直的装载光纤的凹槽组成的下部；
其特征在于上部和下部相互是啮合的，装载的光纤上还通过沿着与齿平行的方向移动上部以磨擦装载的光纤而在装载的光纤中造成许多凹槽。
2．根据权利要求1所述的夹具，其特征在于预定的间隔是光纤的光栅周期。
3．一个用包层有预定间隔的许多凹槽的光纤来生产长周期光栅滤波器的生产设备，包括：
一个与光纤的一端相连的光源；
一个测量部分，与光纤的另一端连接，以测量穿过光纤的不同波长的光的传输比率；
一个加热部分以加热光纤的凹槽；还有
一个控制器接收从测量部分传输来的光纤传输比率，以控制加热部分的加热过程以使光纤达到理想的传输比率，
其特征在于光纤的纤芯因加热部分加热光纤的每个凹槽而变形，同时把加热部分依次移向凹槽。
4．根据权利要求3所述的装置，其特征在于加热部分为电弧。
5．一种长周期光栅滤波器生产方法，通过改变光纤的折射率使进入到光纤芯的芯模式与包层模式耦合，其特征在于，包括步骤：
(1)在光纤的包层部分形成许多凹槽；
(2)在形成许多凹槽的光纤部分剥去包层；还有
(3)通过加热剥去外护层的光纤的凹槽来改变光纤的纤芯形状使通过光纤的光能够以理想的波长与包层模式耦合。
6．根据权利要求5所述的方法，其特征在于凹槽间隔等于光纤的光栅周期。
7．根据权利要求6所述的方法，其特征在于利用CH2CL2溶液剥去步骤(b)中的外护层。
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